|
Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003-2004 г.
Содержание
1. Формы нахождения химических элементов в природе: кристаллические фазы (минералы), структурные (изоморфные) примеси в минералах, неструктурные примеси в минералах; расплавы; мало плотные (флюидные) растворы, газы; живое вещество.
2. Минеральная форма нахождения химических элементов в природе основная; ти-пы химических соединений в природе и число минералов химических элементов ограничено термодинамическими законами фазовых равновесий и явлениями изоморфизма; способность химических элементов к минералообразованию прежде всего определяется их распространенностью в земной коре и закономерностями фракционирования в геологических процессах.
3. Перераспределение химических элементов в геологических процессах практически всегда сопровождается их разделением (фракционированием).
4. Существует два механизма переноса химических элементов в геологических процессах - молекулярная диффузия и конвективное перераспределение фаз в простран-стве геологических систем. Исследование динамики перераспределения химических эле-ментов в геологических процессах возможно только методами ЭВМ-моделирования.
5. Диффузионный перенос химических элементов является механизмом, контролирующим локальные процессы, практически сводящиеся к росту минеральных зерен и узких зон в диффузионных метасоматических колонках; этот механизм переноса может быть ответственным только за перераспределение химических элементов в масштабах миллиметров-сантиметров, максимум первых десятков сантиметров.
6. Основными механизмами геохимической дифференциации в геологически значимых масштабах являются процессы переноса, осуществляемые относительным перераспределением фаз в гетерогенных системах жидкость-твердые фазы, жидкость-жидкость, жидкость-газ, газ-твердые фазы.
7. Основной вклад в перераспределение химических элементов в магматических процессах вносит разделение твердых и жидкой фаз, т. е. механизм кристаллизационной дифференциации; разделение сосуществующих жидких фаз в пространстве магматических камер имеет резко ограниченное значение, поскольку в области реальных составов магматических пород явления ликвации экспериментально не установлены, за исключением силикатно-сульфидной ликвации, которая имеет определяющее значение в магматической геохимии халькофильных и сидерофильных элементов; разделение расплава и газовой фазы не может иметь практического значения для магматической эволюции из-за малого количества, малой плотности и малой растворимости соединений породообразующих элементов в магматических флюидах. Магматизм является основным процессом перераспределения и дифференциации земного вещества в эндогенных условиях.
8. В гидротермально-метасоматических процессах основной вклад в перераспреде-ление химических элементов вносит фильтрация флюидной фазы сквозь пористый каркас твердых пород, сопровождающаяся взаимодействием раствора и пород и глубокой дифференциацией химических элементов, но малая плотность флюидной фазы и ограни-ченная растворимость породообразующих и рудных минералов в водных растворах ограничивают масштабы перераспределения вещества земной коры в этих процессах - они носят локальный характер, а масса вещества, вовлеченная в эти процессы, весьма мала по сравнению с массой пород земной коры (контролирующим масштабы массопереноса является отношение вода / порода, которое в земной коре в целом сдвинуто в пользу пород).
9. В процессах, протекающих на поверхности Земли в биосфере, основной транcпорт вещества, сопровождающийся геохимической дифференциацией, связан с поверхностным гидрологическим циклом; эоловый перенос имеет резко подчиненное значение; главный массоперенос осуществляется в форме взвешенного материала, но, несмотря на малую минерализацию вод, взаимодействующих с породами, геохимический эффект, обусловленный разделением химических элементов по принципу их миграционной способности в водных растворах, может быть значителен из-за многократно повторяющейся циркуляции водной фазы гидросферы (результирующее отношение вода / порода может быть сдвинутым в пользу воды).
1. Расширение экспериментальной базы в области фазовых равновесий в системах и условиях, близких к природным.
2. Разработка проблемы состояния химических элементов в природе - развитие экспериментальных методов определения структурной позиции и эффективного заряда атомов химических элементов в минералах, формы нахождения элементов в подвижных фазах (расплавах, водных и других растворах и т. п.).
3. Расширение экспериментальной базы и разработка теоретических принципов распределения химических элементов между сосуществующими фазами (твердыми, жидкими, газообразными), в том числе с учетом сорбционных явлений.
4. Дальнейшая разработка методологии, методов и программных комплексов для численного моделирования равновесий в многокомпонентных гетерогенных системах в широком диапазоне составов и условий, приближенных к прироным.
5. Разработка методологии, методов и программных комплексов для численного моделирования процессов перераспределения химических элементов и энергии в геоло-гических процессах и прямого моделирования геохимической структуры геологических объектов.
6. Разработка методологии, методов и программных комплексов для решения обратной задачи: на основе данных о распределении химических элементов в геологических объектах идентифицировать механизмы и оценить условия процессов, приведших к формированию эмпирически наблюдаемой геохимической структуры геологических объектов.
<<Назад Содержание Вперед>>
| 
